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1、气基流体应用技术 摘 要:近年来，国内利用气基流体的气体钻井技术逐步在各油田推广应用。气体钻井技术提高了机械钻速，解决了复杂地质条件下使用常规钻井方式无法解决的井漏等重大钻井难题，并成为发现低压低产储层、保护油气层、提高油气产量的重要手段。它是随着低密度流体钻井技术的发展应运而生的，是欠平衡钻井技术的提高和完善。本文主要结合川渝地区的大量实例对不同气基流体（空气、氮气、天然气、柴油机尾气、雾化液等）在气体钻井过程中的应用技术进行介绍和分析说明，侧重介绍不同气基流体钻井条件下钻井循环介质的配套工艺技术。关键词:气基流体 气体型流体 气体钻井 转换众所周知，常规钻井技术中采用的钻井流体主要分为水基
2、钻井液和油基钻井液。而气体钻井技术中的循环流体就采用了截然不同的气基流体。气体钻井技术是一种利用气体型流体作为钻井循环流体，合理配套组合空压机、增压机、雾化泵、尾气处理设备、膜制氮设备、旋转防喷器等系列专用设备进行钻进的非常规钻井方式，其采用的气基流体是纯空气、天然气、氮气、柴油机尾气、混合气体、雾化液等和气体型流体充气或泡沫等。1钻井流体分类1.1钻井流体分类：以油、气、水作为不同连续相，对钻井流体进行分类，我们认为可以将钻井流体主要分为水基钻井液、油基钻井液、气基流体三类循环流体。气体型流体包括气基流体（纯气体）、充气、泡沫。（钻井流体分类见图1）气体型流体气基流体空气氮气天然气柴油机尾气
3、混合气体液气混合物雾充气钻井流体泡沫流体液体水+处理剂水基钻井液油基钻井液循环流体油+处理剂图1 钻井循环流体分类1.2气体型流体和气基流体的分类（1）气基流体：气体钻井中以气体或雾液作为钻井循环流体介质，以气体为连续相的流体属于气基流体。如空气、氮气、天然气、尾气、混合气体等，或以气体为连续相，以液体为分散相的循环流体，如雾化液也属于气基流体。（2）气体型流体：笔者认为如上所述的气基流体和充气、泡沫均属于气体型流体。但充气或泡沫是指气泡分散在液体中，以气体为分散相、液体为连续相的分散体系，也可以属于水基钻井液。2 国内外气体型流体的应用情况2.1 国外气体型流体的应用情况国外在20世纪30年
4、代开始运用气基流体进行钻井作业及理论研究，20世纪50年代开始研究气体型流体泡沫钻井工艺技术，起初仅用气基流体空气作为循环流体，后来为防止井下燃爆，发展了气基流体氮气、天然气、混合气体的钻井技术，但直到80年代以旋转防喷器、旋转控制头等为代表的气体型流体钻井专用装备发展和成熟后，气体钻井技术才得到广泛应用。到目前，美国、加拿大等国气体型流体钻井应用技术已较成熟，几乎每年有30%以上的井使用气体型流体作为循环流体进行钻井和完井，主要用于提高机械钻速、防止恶性井漏发生、发现和保护油气层，提高单井产能等。2.2国内气体型流体的应用情况国内自20世纪60年代中期至70年代初期开始使用气基流体纯空气和天
5、然气作为循环流体进行钻井作业，主要在川中、川西南等地区的西充构造、自贡自流井构造、蓬莱构造采用气基流体纯空气和天然气作为循环流体，共钻井33口，初步取得提高钻井速度、增加产量、克服井漏的效果，为以后川渝地区气体型流体钻井技术的应用及发展打下良好基础。80年代初国内又开始研究气体型流体泡沫基础理论，新疆油田最早开展气体型流体充气钻井技术的研究与应用。在“七五”期间，新疆、华北、长庆等油田又陆续开展了一定规模的泡沫钻井技术的应用研究，取得了很好的经济效果。进入21世纪，四川、长庆、胜利等油田加速开发油气资源，加快了气体型流体钻井技术的发展。据川渝地区2006年前统计，利用气基流体纯空气、天然气、柴
6、油机尾气和雾化液钻井已经钻成百余口井，目的是解决探井的上部地层漏失问题，其中纯空气钻井数十口，机械钻速是常规水基钻井液钻井的510倍；柴油机尾气钻井共钻井10余口，目的是解决修井和生产井的地层漏失问题（其中某井地层压力系数0.24，用尾气钻井方法成功地解决了低压漏失问题）。为了防止井下燃爆，采用气基流体天然气钻井钻成2000m左右的生产井近十口，并配合不压井起下钻装置实现全井欠平衡钻井，使天然气产量增加56倍。应用气体型流体钻井明显地提高了机械钻速，减少了地层漏失造成的损失，而且在发现和保护油层上也有突出效果，解决了常规钻井技术无法解决的技术难题，因而我们有理由相信气体钻井技术的应用前景将会越
7、来越广泛。3 气基流体循环系统由于气基流体种类不同，提供气源的方式不同，气基流体空气从大气中获取，气基流体氮气需要制氮设备制取，天然气可以从供气管道或邻井天然气井通过专用输气管道输送，柴油机尾气由井场的柴油机提供或由柴油机尾气发生装置提供。雾化液、充气、泡沫由雾化泵、泡沫发生器、充气系统等制备。对于不同流体的预处理系统如下：3.1空气供气处理系统：空气空压机增压机高压空气3.2氮气供气处理系统：空气制氮设备增压机高压氮气3.3天然气的来源共分为三种，即： 天然气输气管线高压天然气； 邻井高压天然气高压天然气； 邻井低压天然气增压机高压天然气。3.4柴油机尾气来源分为两种： 井场钻井柴油机尾气增
8、压机高压柴油机尾气； 柴油机尾气发生器增压机高压柴油机尾气。在对各类气体进行处理的时候必须要经过除尘、除水等预处理，在对气体进行处理后各类不同气基流体进行的气体钻井循环系统基本相同。（气体钻井循环系统的配套装备地面配置示意图见图1）。地层出水后的循环流体（地层水和气基流体）纯气体液体输入管道泥浆泵分离后的气体液体通过振动筛回收液气分离器井口环空旋转防喷器立管污水池水基钻井液(基液)增压机空气流量计冷却设备空压机组气基流体（空气、氮气、天然气、尾气）管柱钻头（空气、钻屑） 排砂管泡沫发生器雾化泵砂样取样器图1 气体钻井循环系统的配套装备地面布置示意图4、气基流体工艺技术及其应用 以气基流体空气钻
9、井为例，其它气基流体（氮气、天然气、柴油机尾气、混合气体等）钻井工艺技术基本类似。41气基流体空气钻井的应用技术（1）气基流体空气钻井的基本概念空气钻井是利用大气中的空气作为钻井的气基流体介质，通过特殊的气体钻井配套设备（空压机、增压机、空气锤、旋转防喷器及连接管汇等）将空气注入井下再携岩返至地面来进行钻井的一种工艺技术。气基流体空气是由空气、干燥剂、防腐剂以及其他添加剂按一定的比例混合组成。4.3空气量的计算（1）气基流体空气钻井所需空气量的确定气基流体空气钻井中使用的气基流体是空气，钻井过程中的主要作用是将井下的钻屑举升到井口并带出井眼。如果空气量不够，则难以有效地将井下钻屑携带出来，这样
10、钻屑就会在井内沉降并在井底聚集造成卡钻。因而空气钻井作业中，空气注入量(空气流速)是安全钻井的关键因素。（2）空气量的大小与井眼净化及携岩的关系在空气钻井中，井内循环的空气对钻屑施加一个与钻屑重力方向相反的推力(举升力)，当这个举升力大于钻屑的重力时，钻屑就沿井眼向上移动，相反，如果空气对钻屑的举升力小于重力，钻屑就会向井下沉降。由于钻屑自身重力不受空气流的影响，因而空气使钻屑向上运动有一个临界速度，因此，当空气在井眼环空中的流动速度超过临界速度时，钻屑就向上运动。气基流体空气钻井中，钻屑的自由下沉速度主要由钻屑直径、形状、井底温度和压力决定。但没有考虑钻屑之间或钻屑与井壁或钻柱之间的相互作用
11、，而这些作用会引起钻屑下沉速度的降低。此外，钻屑的自由下沉速度随钻屑直径的增加而加大，钻屑尺寸越大，要带出钻屑所需的空气流速度就越大。同时，携带圆球形钻屑所需的空气量比扁平状钻屑所需的空气量大。（3）空气注入量的确定为了有效地携带钻屑，需要预测地面空气注入速度。前面已经介绍了钻屑下沉速度与钻屑直径、形状等因素有关，此外，空气的注入速度还与井眼大小、井深、机械钻速等有关。国外研究了多种预测方法，但其中多数方法用于现场时都遇到一个共同的问题，这就是难以提供钻屑的形状和尺寸。同时还需要知道井眼的几何形状，因为在井径扩大处，环空空气流速会明显下降，钻屑携带效果也会下降。由Angel提出的一种方法是假设
12、空气冲击每粒钻屑的动能与空气在标准状态下给予钻屑的动能是相同的。目前，这一方法已广泛成为空气钻井预测空气注入量的基础。利用Angel软件，以某井为例，计算了311.2mm井眼与127mm钻杆环空、井深为500m、机械钻速为8m/h、球形钻屑径直为3mm时空气注入压力和空气注入量、岩屑运移速度的关系。随空气注入量增加，注入压力降低，最终趋于一个比较恒定的值；岩屑含量随空气注入量的增加而下降，当空气注入量达到一定值后，岩屑含量变化趋势减缓；空气注入量增加，岩屑在环空的运移速度增加，当空气注入量达到一定值后，运移速度呈显著上升趋势。对于不同尺寸的井眼，井眼尺寸为444.5mm、311.2mm、215
13、.9mm、152.4mm的井，空气注入量一般分别为180300m3/min、110150m3/min、80120m3/min、4070m3/min。空气钻井时，一般情况下的注气量是这样的，但在实钻中要根据具体井下条件作适当调整。现在国内外采用得比较多的除了这里介绍最小速度法以外，还有最小能量法，国外及一般油田对此两方法进行了对比，认为之前最小速度法所求得的气量较小，在实际应用中需要根据实际情况对气量进行调整。（4）气基流体空气钻井的应用实例·正坝1井气基流体空气钻井应用效果正坝1井于2002年12月24日开钻，钻至井深30m下13 3/8"套管至井深29.50m固井。第二次
14、开钻时使用无固相水基钻井液钻进过程中连续多次发生井漏，漏速一般为18.551.6m3/h。当钻至井深88.92m井漏后，漏速增大到有进无出，下钻到底未探得液面，致使该井无法维持正常钻进。后采用桥浆、水泥堵漏施工7次，均无效果，共消耗桥浆140m3、水泥75t，损失钻井时间13天。为有效解决该井发生的长段漏层复杂井漏问题，决定将水基钻井液改为气基流体钻井，即利用气基流体空气钻过上部复杂漏失井段后下95/8"套管封隔，为下部安全钻进创造有利条件。311.2mm井眼空气钻井井段138.46518m，从井深150m开始出现水层，出水量10m3/h，安全快速钻至井深518m后，结束空气钻井，顺
15、利下入套管，空气钻井总进尺379.54m，空气纯钻井时间23h55min，平均机械钻速为15.9m/h。而采用常规水基钻井液钻井机械钻速为5m/h，纯空气钻井机械钻速较常规钻井机械钻速高2倍以上。利用气基流体空气进行钻进，不但提高了机械钻速，同时有效地避免了可能发生的漏失引起巨大损失。·普光构造气基流体空气钻井应用效果普光气田地质构造为陆相、海相交互和海相沉积，上部地层表现出可钻性差，漏层不断，甚至常发生恶性井漏，该构造带是国内目前发现的最大的天然气田，探明储量为2100×108m3，为了提高钻井速度，缩短建井周期，加快开发进程，近年来，该构造上采用气基流体空气钻井技术如普
16、光D-1井、普光6-3井、普光A-2井、普光101井、普光B-2井等井在提高机械钻速，防止地层漏失上取得明显效果。普光D-1井是中石化在川渝地区普光气田的一口评价井，设计井深5506m，气基流体空气钻井井段为5643002m，进尺2438m，平均钻速7.23m/h，与同地区常规水基钻井液钻井相比钻速提高了45倍，单只钻头平均进尺488m，与常规钻井相比缩短钻井周期80天，节约钻头10只。此外，该井空气钻井技术配套空气钻井专用井下工具空气锤的试验，取得防斜打直，提高机械钻速的明显效果。普光 B-2井在6003200m井段使用空气锤钻进，该井地层倾角大，属于倾斜角度比较大的地层，该井利用空气锤钻井
17、，井斜控制在2度以内，证明了气体钻井技术的防斜技术在该井的实际应用中取得了成功。普光构造在应用气基流体空气钻井技术上，取得了明显的技术经济效益。表3 普光构造空气钻井技术采用气基流体空气和水基钻井液钻井在同层位、同井眼尺寸条件下、机械钻速对比井号井眼mm地层流体介质井段m平均机械钻速m/ h普光D-1普光6-3普光A-2普光101普光B-2314.1沙溪庙自流井须家河千佛岩遂宁组气基流体（纯空气）流体密度1.0g/cm3(气体钻井方式)564.03002.07707.63350649.03036.0642.833554.175003156.747.235.834.424.8012.4普光1普光
18、2普光3普光4普光5普光6普光7311.2沙溪庙自流井须家河千佛岩遂宁组水基钻井液密度1.0g/cm3(常规钻井方式)280.053169.63291.52755.5278.303345.64526.63031.4279.143042.0285.53159.4287.563231.440.782.071.231.441.521.371.19·气基流体空气钻井在核桃1井的应用效果该井位于川西中新代凹陷低陡构造区三和场构造群，表层为蓬莱镇组，钻井井漏段12.5018.25m，是恶性失返性井漏，上部表层井段累计漏失钻井液245.6m3，用水泥、桥堵等常规堵漏方法共堵漏3次，均无效果。核桃1
19、井下部井段采用气基流体空气钻井并配套使用空气钻井专用设备，满足了444.5mm井眼的空气钻井要求，出口管线采用2条159mm管线，井口使用2MPa旋转防喷器，空气钻井井段18.2576.80m，地层为蓬莱组，岩性为砂岩、泥岩、粉砂岩。钻井参数：钻压1030KN；转速60rpm；立压0.81.5MPa ；空气排量8085m3/min；钻至井深30m，井下出水，出水量10m3/h，继续钻进至井深76.8m，由于井下形成泥饼环，起下钻阻卡严重，结束空气钻井。空气钻井总进尺58.55m，平均机械钻速2.4m/h；邻近构造无444.5mm井身结构，而311.2mm井眼的钻井机械钻速为45 m/h，大约只
20、有空气钻井机械钻速的一半左右。后转为空气泡沫钻井钻至固井井深300m，顺利下入套管，泡沫钻井机械钻速10.1m/h。·龙岗1井气基流体空气钻井龙岗1井2006年5月21日从791m开始实施气基流体空气钻井，成功钻达6530m完钻。龙岗1井与相邻构造7口超深井相比，平均钻速提高4.2倍以上，钻井周期与常规钻井需要500天左右相比，节余350天以上。龙岗1井以145天、零事故、零污染、零组停钻达6530米井深的成绩，揭开了龙岗构造长兴组生物礁、飞仙关鲕滩巨型气藏的神秘面纱，经完井测试，该井长兴组获气65.3 万立方米/日，飞仙关组获气175.329万立方米/日，创造了四川盆地深
21、层勘探的一个奇迹。充分显示气基流体新工艺、新技术的研究与应用正在根本性地改变着四川地区超深井钻井速度慢、周期长的格局。实践证明，气体钻井技术有利于提高钻井速度，缩短钻井周期。避免深井钻井复杂情况的发生。42气基流体氮气钻井的应用技术（1）气基流体氮气钻井（nitrogen drilling）的概念气基流体氮气钻井是指以气基流体氮气作为钻井完井循环流体介质的钻井方式。气基流体氮气钻井的方法和工艺技术措施等与空气钻井基本相同，只是提供气体氮气的方法需要有相应的配套设备，气基流体氮气钻井的循环系统是在常规空气钻井配置的基础上，增加制氮和充氮气设备。制氮装置主要包括空气处理系统、氮气分离系统以及氮气增
22、压系统。气基流体氮气钻井的最明显的优点就是它不会引起井下燃爆，适合在产层作业。（2）氮气的基本性质在常温常压下，氮气为无色无嗅的气体，温度在-195.78时，氮气变为无色透明的液体，温度在-209.89时，氮气将凝固成雪状的固体。气态氮向液态氮转化的临界温度为-146.80，临界压力为3.398MPa。氮气是化学性质极不活跃的气体，在常态下表现为很强的惰性，不易与地层流体及岩石发生反应。在标准状况下（温度为25，压力为760mmHg），氮气的密度为1.25kg/m3，氮气的动力粘度系数为169×10-6泊，1升液氮可转变为643升气态氮。在储存与运输过程中的氮气均为液态。在现场施工时
23、可直接通过液氮车进行热交换，将液态氮气化成气态。氮气的物理性质如表4所示。（3） 氮气的制取方法用气基流体氮气钻井，常常是通过分离大气中的空气后得到的氮气。在实际应用中，获得纯度较高的氮气方式有三种，一是使用液氮，二是低温制氮法，三是现场滤膜制氮。目前国内一般采用膜制氮的方法获得气基流体氮气作为钻井的循环流体，因此，前两种方法在这里就不作讲解了。滤膜制氮设备简单，供气连续，轻便易于运输和现场安装；配合常规空气钻井中所使用的增压系统，可以连续提供大量氮气。（4）气基流体氮气钻井实例·川西南地区河包场构造氮气钻井工艺技术的应用川西南地区河包场构造须家河组地层压力系数均在1.0 g/m3左
24、右，加上地层的严重水敏性，即使采用低密度流体钻井也难以达到保护储层的效果。该构造上的包浅201井，采用气基流体氮气钻井完井获油20m3/d，气3.77×104m3/d的高产油气流，取得了该构造须家河组油气勘探的重大突破。并实现了气体钻井取心的重大突破，该井所进行的3次气体取心收获率分别为98.2、100%和79.5，这在国内尚属首次，实现了气体钻井取心的重大突破。·广安地区氮气钻井效果广安构造采用气基流体钻井方式，在如广安2井、广安101井等井和老井的试修中，在须家河组获得了新的勘探发现，地质认识进一步深化，展现了很好的勘探前景。由此，中石油股份公司近期部署探井42口，第一
25、批探井已实施10井次氮气钻井，其中5口井获得良好油气显示，展示了须家河构造岩性气藏的巨大勘探前景。表5 广安氮气钻井获气情况统计表井 号层 位井 段m井眼尺寸mm气基流体类型进尺m获气情况×104m3/d广安3须家河18381851.99152.4氮 气13.992.276广安4须家河1902.52368152.4氮 气465.5无广安5须家河21092388152.4氮 气2790.86广安7须家河19552455152.4氮 气5000.24广安8须六-雷口坡20872634152.4氮 气547无广安9须家河20792556152.4氮 气477无广安10须家河17572243
26、152.4氮 气486无广安11须家河16581909.02152.4氮 气251.02微气广安12须六19192015152.4氮 气961.42广安13须六-须四20542358.47152.4氮 气304.472.45·广安构造的广安9井气基流体氮气钻井实例分析该井钻具下至1000米，从防喷管线排水。举水完成后，以排量QN=46m3/min氮气进行循环干燥井眼，由于出口仍有线状泥浆，经分析认为2066米处探得的水泥塞面处为水泥混浆，决定先用大排量的纯空气钻水泥塞并干燥井眼，之后开始氮气钻进。通过试钻，出口排砂口返尘多为润湿水泥，分析认为井眼未吹干燥，钻水泥塞是水泥粉尘黏附于井壁
27、和钻具，造成钻如地层后钻屑代表性差，钻完第一根钻杆后出口返尘全为砂岩，钻屑代表性正常，立管压力、扭矩稳定，无蹩跳钻现象，维持钻进。气基流体在广安9井的现场应用表明，合理调整氮气钻井工程参数，有利于进一步提高钻井机械钻速，同时该井应用气基流体氮气钻井，明显提高了机械钻速，有力地证明气基流体钻井是优于常规水基钻井液钻井的钻井方式。·气基流体氮气钻井技术在吐哈红台构造的应用吐哈红台地区已运用气体钻井技术钻井30余口，由于该地区地质条件复杂，地层压力低，储层以泥质胶结为主，水敏性强，孔隙间连通性差，采用常规水基钻井液的钻井方式，尽管钻井过程中油气显示非常活跃，但经大型压裂后，获工业气流的只有
28、4口井，未获得工业油流。红台2-15井和红台2-4井都是吐哈红台地区的开发井，目的层为侏罗系三间房组的4个气层，储层的压力系数为0.8左右。气基流体氮气钻井在红台2-4井和红台2-15井的成功应用，使该地区储层产能情况有了新的认识，打破了红台油气田开发无工业油流的局面。红台2-15井在钻井完井过程中进行了两次环空中途计量测试，完井后又进行了一次完井计量测试，完井测试日产天然气45×104m3，日产油5080m3。红台204井、红台2-13井、红台2-10井与红台2-15井相距均500m左右，但这些井日产油均不足5m3。图2是这五口井的机械钻速对比图，其中红台2-6井、红台2-10井、
29、红台2-13井为水基钻井液钻井，而红台2-15井和红台2-4井使用的是氮气作为气基流体的钻井方式，从图中可以看出气基流体氮气钻井在钻速方面的优势十分明显。图2 红台构造中不同循环流体介质钻井机械钻速对比43气基流体天然气钻井的应用技术（1）气基流体天然气钻井的概念气基流体天然气钻井是在钻开产层前或在可能含有天然气的上部地层中采用气基流体天然气作为钻井循环介质，替换常规水基钻井液进行钻井的作业方式，是一种对于产层无污染的非常规钻井。（2）天然气的基本性质天然气是由有机物质在适宜的地质条件下生成并蓄集在地质构造中的可燃混合气体，无色、无嗅、无毒、无腐蚀性，主要成分为甲烷，乙烷以上烃类含量很少。同时
30、，还含有少量硫化氢、二氧化碳、氮、水蒸气以及氦、氩等非烃组分。根据形成条件不同，分为油田气、气田气和凝析气田气。天然气的发热量由于组成不同，差距很大，一般密度为0.60.7kg/Nm3的天然气的发热量在3344兆焦/米范围内。在压力为0.1MPa、将天然气深冷到111.5K时，天然气即由气态转变为液态，其体积只有气态时的1/630，有利于运输及储存。（3）气基流体天然气钻井的循环系统气基流体天然气钻井的循环系统和气基流体天然气钻井的循环系统基本类似。但采用气基流体天然气钻井的天然气气源共有两种获得方式：一种是通过天然气公司的供气管道供气；另一种可以从邻井的天然气井中安装专用的输气系统而得到，但
31、邻井得到的天然气分为低压天然气和高压天然气两种，如果是低压天然气还需要增压后才能进入天然气钻井的循环系统。输气系统主要由洗涤器、孔板流量计和连接管线组成，一般输送天然气的管道直径为3in即可，可以将管线直接连接到钻机的指定位置。在天然气注入井之前，要尽可能除去供气管线中的水或凝析物，否则容易形成井底泥浆环或出现井眼失稳问题。因此在天然气供应气源之后和进入增压机之前应安装三项生产工作台，提供一个与管线内传递压力和温度相对比的额定工作压力和温度，同时能够处理超过最高注气量要求的将收集到的水排放进水箱，碳氢化合物排入到储存罐。在气基流体天然气钻井作业中，需要将压缩机系统的压缩空气输送到钻机的立管管汇
32、，因此就需要连接较大直径76101.6mm（34）的钢管或软管。这些连接管线的额定压力值应与增压机的最大压力相匹配或更高。此外在这些连接管线中应安装相应的单流阀、安全阀和球阀，以保护压缩机和便于泄压。在气体输入的主管线上要连接一根旁通管线（泄压管线），方便在接单根或需要时泄压。旁通管线可以直接导流到排砂管线。另外在旁通管线与钻井立管之间也需要安装一条泄压管线，用以在接单根前放掉立压管和钻具内的压缩空气，这样，压缩机就可以在接单根期间保持运转而不需要停机。旁通管线和泄压管线一般的直径一般为2。（4）气基流体天然气钻井实例井浅2井气基流体天然气钻井实例南井构造自1970年开始钻探以来，到目前已完钻
33、25口井，获气井8口，但均为茅口组气藏储量，须家河组钻遇显示虽然较多，但由于该构造须家河组油气藏水敏伤害严重，以前采用常规钻井以水基钻井液作为流体介质，未获得天然气储量。为了探索该构造须家河油气藏的有效开发方法，最大限度地保护须家河组油气藏，经西南油气田分公司、蜀南气矿和钻采院有关专家的多次论证，决定在井浅2井的目的层须五须二井段应用天然气气基流体钻井完井技术。2003年井浅2井在12381532m井段采用气基流体天然气钻进，平均机械钻速4.98m/h，钻获天然气8.4×104m3/d，首次在南井构造须家河地层获得工业性油气流，证明井浅2井采用气基流体天然气钻井获得成功。·
34、平落19井气基流体天然气钻井实例平落19井是四川盆地平落坝潜伏构造上的一口开发井，目的层为须家河组须二段，产层压力梯度仅为0.7 MPa/100m。该井在须二地层36963760.71m井段进行纯天然气钻井和欠平衡完井作业，纯天然气钻井进尺64.71m，平均机械钻速：7.23m/h，共耗天然气59130m3。完井测试日产天然气47.271×104m3/d，计算无阻流量60.042×104m3/d。该井周边已投入生产的平落2井、平落8井、平落17井和平落18井使用钻井液钻井，井口测试分别获气13.05×104m3/d、8.27×104m3/d、12.7&#
35、215;104m3/d和12.76×104m3/d。平落19井采用气基流体天然气钻井完井大幅度提高了单井产量，创国内天然气钻井井深最高记录和气体钻井单井产量最高记录，该井是邻近用常规水基钻井液钻成4口井所获的平均产量的4.47倍。表6是平落19井同一构造上生产井产量对比表。又表可知，该井在实施天然气钻井完井后，测试产量比使用常规水基钻井液钻井的邻井有显著提高，这是由于应用气基流体天然气完井技术有效避免了液相对储层的损害。表6 平落19井与同一构造上生产井产量对比井 号套 压（MPa）气产量（104m3/d）平落19井14.842.2710平落2井10.713.0562平落8井12.0
36、8.2684平落17井9.412.6958平落18井16.512.7560（3）气基流体天然气钻井在长庆陕242井的应用陕242井于2000年6月13日开钻，同年8月6日在三开井段3033m3190m采用了纯天然气钻进，进尺157m，机械钻速11.77m/h，天然气用气量7×104m3，试验顺利完成压井后采用普通钻井液继续钻进至3370m完钻。长庆油田在陕242井使用气基流体纯天然气作为循环流体介质进行了天然气钻井作业，初步形成了一套具有长庆油田特色的天然气钻井工艺技术，继四川邓井关38井、自13井天然气钻井之后，进一步完善了我国在气基流体天然气钻井工艺技术。该井运用气基流体纯天然气
37、钻井，对钻井的井壁稳定性、地层出水的综合评价、钻进中的注气参数、井控安全钻井技术以及相关的技术问题进行了分析，得出在干气钻井条件下井壁是稳定的结论。同时分析了15个层段的出水情况,确定了10个层段共157m的段长出水量为0.5m3/h，仍然能够进行（适合于）天然气钻井，从而为今后完善天然气钻井工艺技术打下了基础。44气基流体柴油机尾气钻井的应用技术（1）气基流体柴油机尾气钻井的概念柴油机尾气钻井是采用气基流体柴油机尾气作为循环流体的一种钻井方式。柴油机尾气的制取，可以利用常规钻井设备中柴油机产生的柴油机尾气，通过降温、冷却、除尘等处理获取，再将处理后的柴油机尾气输送到空压机、增压机进行增压后进
38、入井下循环，吹扫井底钻屑、并携带至地面，完成钻井或修井作业。此外，柴油机尾气的来源还有多种渠道，柴油机尾气还可以使用专用的柴油机尾气发生装置制取，但这种方式成本较高，没有推广使用。（2）柴油机尾气的性质柴油机尾气是气体钻井中常用的气基流体之一，柴油机尾气钻井是利用燃料与空气混合在地面预燃所产生的尾气钻井，可以防止井下燃爆，有利于进入产层使用。在柴油机中，燃料的主要成分为碳氢化合物，氧化剂为空气，其燃烧反应式为：CmHn+O2+(N2)CO2+H2O+CO+（N2O）燃烧产物废气中的主要成分为N2、CO2、H2O，此外还含有少量的CO。柴油机废气的排放温度较高，为了保证压缩机的正常工作，废气需冷
39、却至40左右，经降温、除水、除尘，并将其压力提高到0.7Mpa才能满足高压压缩机的工作要求。在进行上述处理时，其处理设备不得对柴油机工况造成影响。如果现场可提供冷却水，冷却方式可选用水冷，它比采用空气冷却式设备体积小、重量轻、便于运移、安装，使用安全、可靠。研究表明，井下燃爆都是因为氧的浓度高造成的，因此，推荐使用柴油机滤清进口增设阻力阀调节废气含氧量的方法。（3）柴油机尾气处理系统 柴油机尾气处理系统包括降温、冷却、除尘三个过程。首先对尾气降温，要进行一级或二级冷却再进行除尘。整个系统器处理气量在3×1045×104m3/d 范围，柴油机尾气排出温度高达260280，而空
40、气压缩机和增压机进气温度要求在60以下，所以对尾气要进行一级或二级冷却，而气体的排出压力(即进井压力) 达35MPa，现场试验钻井用进气压力控制在11.5MPa/1000m最佳。（4）气基流体柴油机尾气钻井实例·柴油机尾气钻井技术在兴24井的应用兴24井是一口开发井，由于该井所处构造是开发了20多年的老构造，地层压力系数为0.30.4，根据地质要求钻井液密度必须达到0.4 g/cm3。如果采用常规钻井液根本达不到地质要求，该井采用柴油机尾气钻井工艺技术，用 152.4 mm 钻头钻进，使用气基流体（惰性气体柴油机尾气）及气体型流体充尾气钻井方式，钻进的井段为15401575 m，气量
41、约为38 m3/min，平均机械钻速为0.81 m/h，获得工业气流约为30000 m3/d。对照同构造上兴浅2井，在相同层位用无固相钻井并试油仅获气不足0.3×104m3/d，两井相比较兴24井增产近6倍。·柴油机尾气钻井技术在三皇2井的应用三皇2井位于四川龙泉山构造带三皇庙构造，在215.9mm井眼钻进，柴油机尾气充气钻井井段为10001500m，压力系数为0.85MPa左右，该井段使用柴油机尾气充气技术，充气量为8m3/min左右，及时发现和保护了油气层，机械钻速提高40%。在三皇2井使用柴油机尾气实施泡沫钻井取得良好效果。·柴油机尾气钻井技术在白浅111H
42、井的应用川西白马-松华构造碎屑岩地质储量大，储层属低压低渗同时水敏伤害严重，纵向上产层分布多，砂泥岩互层，且储层较薄，横向上砂体分布不均。多年来采用常规钻井技术难以实现开发突破。白浅111H井是国内采用柴油机尾气和天然气钻成的第一口水平井，进入储层后以气基流体柴油机尾气作为循环介质在仅4米厚的产层中水平钻进245米，并以全过程欠平衡方式顺利完井，不但准确中靶，实现了最大限度地解放油气层的目的，而且大幅度提高了机械钻速。其产量是白马地区蓬莱镇组产量最高的一口井井口测试产量6.85×104m3/d，无阻流量10×104m3/d，是白浅109H井用钻井液常规钻井测试产量0.302
43、×104m3/d的22.68倍，是白浅109H加砂压裂后测试产量5.346×104m3/d的1.28倍。45气基流体雾化液的应用技术（1）雾化钻井工艺技术雾化钻井是气体钻井和充气泡沫钻井之间的一种过渡钻井技术。雾化液是由空气、发泡剂、防腐剂以及少量的水混合而成的钻井循环流体。其中气体为连续相，液体为分散相，它们与岩屑一起从环空中呈雾状返出。气体钻井不适合用在高含水的地层中钻进，如果钻遇含水层，需要增加50%的注气量才能满足安全钻进的需要。按川渝地区的气体钻井实践经验，如果地层出水速度小于1.0m3/h，扭矩小于20kN·m，增大气体排量能满足携岩要求时，可以连续采
44、用纯气体钻井；如果增大气体排量不能满足携岩要求时，若设备条件允许，可以转为雾化钻井，如地层出水速度大于1.0m3/h而小于5.0m3/h时，则转为雾化钻井。当用雾化液时，需要的气量比气体钻井高30%，有时要高于50%。雾化钻井适用于钻开低压、易漏失和强水敏性的油气藏。雾状流体与纯气体流体一样，由于是形成负压钻进，对产层的影响比较小，有利于提高油气产量。（2）雾化钻井循环系统气基流体：空气柴油机尾气氮气天然气空压机雾化泵钻具钻头环空井口排砂管气体、砂、钻屑通过排放管排放立管增压机泥浆泵（水泥车）上水池钻井液（基液）图4 雾化钻井循环系统示意图图5 雾化泵实物图（3）雾化钻井特殊配套设备雾化泵由气
45、体钻井转化为雾化钻井时，需要在气体钻井设备的基础上增加一台雾化泵。雾化泵是在气体钻井过程中将钻井流体转化为雾化状态的钻井设备，由注液泵、雾化器和管汇组成。其作用是在泡沫、雾化钻井过程中注入液体，并与气体混合形成雾化液和泡沫。注液泵是根据注液量实际要求，选择压力和排量，目前现场用水泥车作为注液泵。（4）窿9井雾化钻井应用实例窿9井位于甘肃省玉门市青西油田窿8井西南1789.18m。构造位置属于酒西坳陷青西凹陷祁连山北缘逆冲断裂带，所钻地层具有“斜、硬、跳、磨、变”的特性，给窿9井钻井施工带来了极大的难度。为了加快窿9井逆掩推覆体井段钻井速度，将空气、雾化、泡沫三种钻井方式相互结合起来实施钻进。空
46、气、雾化和泡沫钻井进尺337.50m，平均机械钻速2.49m/h，下部采用常规钻井液钻井的机械钻速为0.29m/h，空气、雾化和泡沫钻井的平均机械钻速是常规钻井液钻进的8.59倍。（5）伊朗项目TBK-3井雾化钻井应用实例伊朗项目TBK-3井四开采用311.2mm（121/4in）的钻头钻进，设计井深524m，实际钻深2467m。用气量为160m3/min的空气钻至1432m时，地层开始出盐水，随井深增加出水量逐渐由初始的20m3/h增加到30m3/h，决定增大空气排量进行雾化钻井，钻井用空气量也增加到200m3/min，钻屑和水雾返出正常且无复杂情况发生，平均机械钻速近15m/h，不仅克服了
47、一系列恶性井漏，而且提高了钻井速度。结论与认识（1）由于气体钻井减轻了压持效应，有利于提高机械钻速，与常规钻井相比，机械钻速可提高4倍以上，缩短了钻井时间，减少了钻具和扶正器的磨损；同时钻压低使得钻具负荷轻，减轻了钻具磨损和疲劳损坏，延长了钻具的使用寿命；再者，气体钻井的注气压力低，避免了钻具的刺漏，确保了钻具使用的安全，减少了井下卡钻等复杂情况的发生等；此外由于流体介质密度低，形成负压钻进，因而能有效地防止井漏，避免复杂情况出现，因而可以缩短建井周期，降低综合成本，并最大限度地减少了对油气层的损害。（2）空气钻井主要应用在提高非储层段的机械钻速和对付非储集层井漏问题，但钻遇油气层时井下着火的可能性比较大，造成井下钻具损坏，因此一般适于非产层段钻进。在钻遇产层或上部含有天然气的地层，可以使用气基流体氮气、天然气或柴油机尾气，可以消除井下着火的可能性，同时还可以防止腐蚀的发生。（3）气基流体钻井技术主要适用于钻井壁稳定、坚硬的地层、水敏性低压地层或易漏失的地层，气基流体钻井还容易受到地层出水、井壁不稳、平衡地层压力困难以及需要专用钻井设备等因素的限制，所以气基流体钻井不宜用在含有大量液体的井